Quá trình thử vỉa được tiến hành trong giếng khoan S-9 diễn ra trong 9 ngày, bắt đầu từ ngày 31/03/2008 lúc 11:00 đến ngày 8/04/2008 lúc 4:15 và được chia làm 8 giai đoạn, hình 4.3 và bảng 4.4, được trình bày chi tiết dưới đây:
1. Giai đoạn chảy ban đầu, từ ngày 31/03/2008 lúc 22:26 kéo dài khoảng 57 phút đến 23:23 không thấy dấu hiệu có dòng chảy và áp suất miệng giếng tĩnh đo được là 1977,10 psi.
2. Giai đoạn hồi áp ban đầu kéo dài từ lúc 23:23 ngày 31/03/2008 (kéo dài khoảng 6h09’) đến lúc 6:32 ngày 01/04/2008 không thấy dấu hiệu của dòng chảy.
3. Giai đoạn rửa giếng ở nhiều cấp côn khác nhau, kéo dài từ lúc 6:32 ngày 01/04/2008 đến 11:55 ngày 01/04/2008, có lưu lượng dầu 3894 stb/d với cỡ côn là 28/64’’ và 4344 stb/d với cỡ côn 32/64’’, với tỷ trọng của dầu là 0,810 ở 60oF. Giai đoạn này khai thác được 600,8 thùng dầu. Lưu lượng cuối cùng được ghi lại là 4589 thùng/ngày với cỡ côn là 36”/64 và áp suất miệng giếng là 1734,02 psi.
4. Giai đoạn hồi áp thứ hai kéo dài từ 11:55 ngày 01/04/2008 đến 03:03 ngày 02/04/2008 (kéo dài khoảng hơn 15h) và áp suất miệng giếng đo được là 938,61 psi.
5. Giai đoạn chảy chính từ 03:03 ngày 02/04/2008 đến 05:40 ngày 03/04/2008 (kéo dài khoảng 21h20’), lưu lượng dầu trung bình 3025 stb/d có tỷ trọng 0,810 ở 60oF với cỡ côn 24/64”, lưu lương khí là 2781 MMscf/d với GOR bằng 919 scf/stb và áp suất miệng giếng 2668,92 psi.
6. Giai đoạn hồi áp chính kéo dài từ 05:40 ngày 03/04/2008 đến 00:50 ngày 07/04/2008 (kéo dài khoảng hơn 90h10’) và áp suất miệng giếng đo được bằng 815,92 psi.
7. Giai đoạn lấy mẫu từ 00:50 ngày 07/04/2008 đến 21:40 ngày 07/04/2008 (kéo dài khoảng 20h50’)
Bảng 4.3 Giai đoạn chảy đa lưu lượng giếng S-9 [13] Giai đoạn Thời gian Cỡ côn Áp suất đáy giếng Lưu lượng dầu Lượng lượng khí Tỷ số khí dầu psi stb/d Mscf/d scf/stb Chảy đa lưu lượng 1h35' 40/64'' 5456,905 4878 4375 897 1h53' 40/64'' 5207,652 5056 4518 894 2h22' 40/64'' 5042,286 5064 4663 921 3h8' 40/64'' 5256,649 4438 4097 923 9. Hủy giếng: giếng được hủy bằng cách bơm dung dịch nặng vào trong
thành hệ, cắt van tuần hoàn, tháo paker và kéo ra khỏi giếng cùng với thiết bị DST.
Dữ liệu áp suất đáy giếng thu được từ máy ghi áp suất được đặt phía dưới packer đặt ở độ sâu 3598m. Dữ liệu thu được từ máy ghi này là cơ sở dữ liệu cơ bản cho minh giải thử vỉa.
Tổng quan quy trình thử vỉa, các giá trị thời gian và lưu lượng từng giai đoạn thử vỉa được được chỉ ra trên hình 4.4 và một số thông số của chất lưu (dầu) và vỉa chứa Hamra được trình bày trong bảng 4.5 và 4.6.
Bảng 4.4: Kết quả thử vỉa giếng khoan S-9 [13] Giai đoạn Thời gian Cỡ côn Áp suất đáy giếng Nhiệt độ đáy giếng Áp suất đầu giếng Nhiệt độđầu giếng Lưu lượng dầu Lưu lượng nước Lưu lượng khí GOR Mật độ của dầu Tỷ trọng của khí hrs / 64" psi oC psi oC stb/d stb/d Mscf/d scf/stb g/cc ở 60o F Chảy ban đầu 0,95 7323,341 117,40 1977,10 26,2 0 1622,30 0 - - - Hồi áp ban đầu 6,15 7758,928 113,07 14,61 9,0 0 - - - - - Rửa giếng 1,10 28” 6082,421 109,71 2339,17 58,2 3894 144 3475,332 892 0,81 0,88 1,0833 32” 5827,198 121,02 1998,03 63,3 4344 132 3889,634 895 0,81 0,88 1,1833 36” 5613,432 121,42 1734,02 66,9 4589 138 3700 898 0,81 0,88 Hồi áp thứ hai 15,1333 7732,779 113,56 983,61 - - - - - - - Chảy chính 21,3333 24” 6175,171 121,17 2668,92 61,1 3025 0 2781 919,124 0,81 0,938 Hồi áp chính 90,1667 7737,818 113,64 815,92 - - - - - - - Lấy mẫu chất lưu 20,8333 7739,526 113,80 4233,34 - - - - - - - Chảy đa lưu lượng 1,5833 40” 5456,905 121,95 1536,40 64,6 4878 0 4375 897 0,81 0,94 1,8833 40” 5207,652 122,45 1296,18 68,0 5056 0 4518 894 0,81 0,94 2,3667 40” 5042,286 122,77 1122,89 69,0 5064 0 4663 921 0,81 0,94 3,1333 40” 5256,649 122,61 1442,64 69,6 4438 0 4097 923 0,81 0,94
Bảng 4.5: Một số thông số đặc tính của dầu ở tầng Hamra, giếng S-9 [4]
Thông số Giếng S-9
Tỷ trọng (Độ API) 44÷46
GOR (scf/stb) 886÷1040
Áp suất bão hòa (Pb) (psia) 2260
Nhiệt độ chảy (oC) -33 ÷ -36
Hàm lượng asphalt (%) 0,07 ÷ 0,15
Hàm lượng paraffin (%) 3,1 ÷ 5,33
Hệ số thể tích của dầu (Boi) (rb/stb) 1,443
Độ nhớt của dầu (µo) (cP) 0,32
Độ nén của dầu (Co) (1/psi) 2,56×10-6 Độ nén tổng (Ct) (1/psi) 7,8×10-6
Bảng 4.6: Các thông số khác của vỉa [13]
Thông số Giếng S-9
Bán kính của giếng (rw) (ft) 0,55
Chiều dày vỉa (h) (ft) 119,521
Áp suất vỉa Pr (psia) 7737,818
Nhiệt độ vỉa Tr (oC) 113,64
Độ rỗng () (%) 10
4.2 Phân tích kết quả thử vỉa giếng S-9
4.2.1 Định nghĩa mô hình vỉa chứa
Chúng ta có thể chia vỉa chứa cơ bản thành 3 vùng chính như hình 4.5
Vùng (1) là vùng giếng khoan, cận giếng khoan hay vùng thuộc điều kiện nội biên.
Vùng (2) là vùng chứa chất lưu hay gọi là mô hình vỉa cơ sở Vùng (3) là vùng thuộc điều kiện biên ngoài
4.2.1.1 Điều kiện nội biên
Vùng thuộc điều kiện nội biên thường chịu ảnh hưởng của hiệu ứng tích chứa giếng khoan (wellbore storage) và hiệu ứng skin.
Giếng xuyên qua toàn vỉa, thể tích lòng giếng không đáng kể. Tuy nhiên đối với giếng hoàn thiện và giếng xử lý thì phải tính đến cả dòng chảy nội biên.
- Kênh dẫn thẳng đứng vô tận: đối với giếng nứt vỉa thủy lực, khe nứt biểu thị các mặt thẳng đứng, với giếng ở trung tâm không có giảm áp giữa đầu mút của khe nứt với giếng. Điều này làm thay đổi dòng chảy xung quanh giếng, từ chảy tia sang chảy tầng.
- Kênh dẫn thẳng đứng hữu hạn: Khi giảm áp từ đầu của khe nứt tới giếng không thể bỏ qua thì khe nứt được coi là có chiều dày và độ thấm hữu hạn. Trước đây, mô hình này biểu thị chảy lưỡng tầng, trong đó đồng tồn tại hai dòng chảy, một từ vỉa vào khe nứt thẳng góc với mặt phẳng khe nứt, còn dòng kia từ khe nứt vào giếng.
- Giếng ngang: Giếng khoan được khoan nhằm gia tăng lưu lượng, bắt gặp các khe nứt tự nhiên và giảm nguy cơ tạo thành côn nước hoặc khí. Việc bố trí giếng này là giảm thay đổi hình dạng dòng chảy xung quanh giếng dẫn đến dòng tia và có thể có thể cả dòng chảy tầng.
4.2.1.2 Mô hình vỉa cơ sở
Là mô hình của colecto ở bên ngoài giếng và các hiệu ứng của biên ngoài. Người ta phân ra các mô hình cơ sở sau:
-Mô hình vỉa đồng nhất: Vỉa có độ rỗng và độ thấm đồng đều trong không
gian. Đây là mô hình thường được dùng trong việc phân tích các số liệu về áp suất và lưu lượng. Nó là mô hình đơn giản nhất được nghiên cứu trước tiên. Mô hình vỉa đồng nhất là mô hình chấp nhận giả thiết: vỉa là môi trường rỗng vô hạn có độ thấm k, độ rỗng không đổi đồng nhất và đều có chiều dày h, vỉa được bão hòa bằng một pha lỏng có độ nhớt µ và độ nén c không thay đổi.
-Mô hình 2 độ rỗng: Vỉa gồm 2 môi trường rỗng đồng nhất. Một có độ thấm
tương đối lớn và độ rỗng nhỏ, đó là hệ thống khen nứt tự nhiên. Còn môi trường thứ hai có độ thấm nhỏ nhưng có độ rỗng lớn, đó là hệ thống khung đá. Mô hình này
cũng thể hiện hai lớp với độ thấm trái ngược nhau. Đây là mô hình phức tạp rất khó để mô tả được mối tương quan giữa áp suất, thời gian và lưu lượng.
Dòng chảy tới giếng của mô hình chỉ theo hệ thống khe nứt ngoài ra nó còn đảm nhận dòng từ hệ matrix. Mô hình phản hồi được biểu thị bằng số hạng không thứ nguyên của áp suất PD:
P =kh(P −P )
141,2qμB (4.1)
Và thời gian không thứ nguyên tD:
t = 0,000264kt
∅μc r (4.2)
Trong đó t tính bằng giờ.
Ngoài ra còn hai thông số bổ trợ ω và λ.
ω biểu thị khả năng lưu giữ của khe nứt như là tỷ phần trong tổng khả năng lưu giữ của hệ thống (hệ số rỗng):
ω= (∅c)
(∅c) + (∅c) (4.3)
Trong đó: f = khe nứt (fracture), m = matrix
λ là thông số cho biết mức độ dễ dàng lưu thông của chất lưu giữa matrix và khe nứt (hệ số thấm) λ = αk k r (4.4) Trong đó: kf : Độ thấm của khe nứt km: Độ thấm của matrix
α: Hệ số hình học liên quan đến đế hình dạng và kích thước của khối matrix. Có hai kiểu mô hình độ rỗng kép phụ thuộc và tương tác giữa matrix và hệ thống khe nứt. Kiểu thứ nhất là kiểu mô hình chảy trạng thái bán ổn định giữa các lỗ hổng, bỏ qua gradien áp suất trong matrix. Kiểu thứ hai là mô hình chảy chuyển tiếp giữa các lỗ hổng có tính đến gradient áp suất trong matrix. Hình 4.6 thể hiện phản hồi áp suất bắt nguồn từ hai kiểu mô hình trên.
Hình 4.6: Đồ thị đối với dòng chảy trạng thái bán ốn định và chuyển tiếp trong lỗ
hổng [1]
-Mô hình vỉa nhiều lớp: Vỉa gồm nhiều lớp, mỗi lớp là đồng nhất và không
đổi nhưng có tính chất riêng biệt. Các lớp này liên thông trong các giếng nhưng có thể không có dòng xuyên qua trong vỉa.
Hình 4.7: Mô hình vỉa nhiều lớp [9]
Hình 4.7, ví dụ đơn giản cho mô hình vỉa hai lớp, cả hai lớp cung cấp chất lưu cho giếng khoan, lớp dưới cũng cung cấp chất lưu cho lớp trên.
Sự bất đồng nhất theo mặt cắt của các lớp là một đặc tính chung của rất nhiều vỉa. Việc xác định các tính chất của lớp riêng rẽ và xem nó ảnh hưởng như thế nào đối với hiệu suất vỉa là nhiệm vụ quan trọng của kỹ sư vỉa. Mục này mô tả 2 mô
hình được dùng để phân tích áp suất và lưu lượng chuyển tiếp đối với các vỉa nhiều lớp.
Hai mô hình gồm n lớp khác biệt nhưng có chiều dày không đổi và đồng nhất là hj, độ rỗng j, độ thấm kj, trong đó j là lớp thứ j trong vỉa. Tất cả các lớp được bão hòa bằng một pha có độ nén c không đổi và độ nhớt µ. Tất cả các lớp đều là giếng thẳng đứng bán kính rw xuyên qua giếng khai thác với lưu lượng q không đổi.
Ta xét hai mô hình: Mô hình thứ nhất chấp nhận dòng chảy xuyên qua các lớp được gọi là mô hình dòng xuyên. Mô hình thứ hai giả thiết là các lớp chỉ thông với nhau ở giếng gọi là mô hình phân lớp.
Phản hồi của mô hình được thể hiện qua các thông số không thứ nguyên như sau:
P = kh(P −P )
141,2qμB (4.5) t =0,000264(kh) . t
(∅h) μc r (4.6)
Tỷ số giữa khả năng chảy của một lớp riêng rẽ và tổng khả năng chảy của vỉa Kj được định nghĩa như sau:
K = (kh)
(kh) (4.7)
Tỷ số giữ độ rỗng của một lớp riêng rẽ và tổng độ rỗng theo chiều dày của vỉa ωj được định nghĩa như sau:
ω = (h)
(h) (4.8)
λj là thông số thể hiện sự liên thông giữa các vỉa được định nghĩa như sau:
λ = k h / r (kh) (4.9) Với k h / = 1 h k + h k (4.10)
Trong đó kv là độ thấm thẳng đứng của lớp j. Nếu λj=0 thì không có liên thông giữa lớp j và j+1. Nếu λj=0 đối với tất cả giá trị của j thì mô hình dòng xuyên chuyển thành mô hình hỗn hợp.
- Mô hình vỉa có biên hữu hạn: Mỗi vỉa được chia ra thành nhiều khoảnh và
được khai thác bằng nhiều giếng khoan chỉ được ra trên hình 4.8a. Sự phân bố áp suất xung quanh giếng ở 4 khoảng thời gian sau khi khai thác, chế độ không ổn định, hình 4.8b.
Hình 4.8a: Suy thoái áp suất vỉa điều kiên trạng thái bán ổn định, vỉa chia làm
bốn khoảnh 1, 2, 3, 4 [1]
Hình 4.8b: Sự phân bố áp suất xung quanh giếng ở 4 khoảng thời gian sau khi
khai thác, chế độ không ổn định [1]
- Mô hình vỉa nhiều vòng: Vỉa có nhiều vòng đồng tâm có độ thấm hữu hiệu khác nhau xung quanh giếng bơm ép. Đó là hiệu ứng của vòng chất lưu, vùng chuyển tiếp và vòng khuếch tán của chất lưu. Việc bơm ép chất lưu (nước, khí)
nhằm gia tăng hệ số thu hồi là phương pháp thông dụng trong khai thác dầu khí. Việc bơm nước vào các hệ tầng chứa dầu tạo ra trắc diện bão hòa xung quanh giếng phản ánh qua đặc trưng về độ thấm tương đối của hệ tầng. Ngay sau khi bơm ép nước bắt đầu đã hình thành một đới hình trụ có độ bão hòa nước cao xung quanh giếng.Tiếp đó là đới chuyển tiếp với độ bão hòa nước giảm dần.Hình 4.9 là sơ đồ phân bố chất lưu xung quanh giếng bơm ép.
Hình 4.9: Mô hình vỉa nhiều vòng [6]
Chú giải: Trong hình 4.9: Water bank: đới nước, Transition bank (water and oil): đới chuyển tiếp (nước và dầu), Oil bank: đới dầu.
Đây được coi là mô hình vỉa hỗn hợp gồm hai đới là đới dầu và đới nước với giả thiết là hình thành một font tương tự như thay thế kiểu pitông. Có thể dùng mô hình hỗn hợp hoặc mô hình số để nghiên cứu vỉa nhiều vòng. Mô hình này được dùng chủ yếu trong thiết kế và phân tích các số liệu áp suất và lưu lượng chuyển tiếp từ các giếng bơm ép và khảo sát giảm áp.
4.2.1.3 Điều kiện biên ngoài
Một vỉa chứa có thể có biên vô hạn hay hữu hạn. Một vỉa chứa gọi là có biên vô hạn có thể là nó có diện tích rất lớn hoặc sự liên thông chất lưu được mở rộng. Một vỉa chứa có biên hữu hạn khi sự liên thông chất lưu trong vỉa chứa bị giới hạn do bị chặn bởi đứt gãy, vát nhọn hay bị bao bọc bởi các giếng khác xung quanh. Đặc trưng của hệ hữu hạn là áp suất cố định ở bên ngoài.
Ứng với ba vùng của vỉa chứa, sự suy thoái áp suất trong quá trình khai thác có thể chia thành ba khoảng thời gian (sớm, giữa và muộn) cùng với nó là 3 trạng thái chảy (chuyển tiếp, hậu chuyển tiếp và bán ổn định), hình 4.10.
Hình 4.10: Phân chia các giai đoạn thời gian [1]
(a): Lưu lượng khai thác cố định
(b): Khoảng thời gian tương ứng với suy thoái áp suất lòng giếng
(1) - Khoảng thời gian sớm: là giai đoạn tương ứng với dòng chảy chuyển tiếp, khoảng thời gian này thuộc vùng điều kiện nội biên, tại vùng này có sự thay đổi của áp suất vỉa ở những nơi gần giếng nhất. Do vậy nó sẽ chịu ảnh hưởng của sự nhiễm bẩn thành hệ (hệ số skin) và hiện tượng tích chứa giếng khoan (wellbore storage) cho nên trong giai đoạn này thường không cho ta đường thẳng trên đồ thị Horner cũng như đường cong đạo hàm áp suất.
(2) - Khoảng thời gian giữa: là giai đoạn ứng với dòng chảy hậu chuyển tiếp, tại đây áp suất thay đổi theo khoảng cách từ giếng vào bên trong vỉa chưa chịu ảnh hưởng của biên. Dòng chảy của chất lưu sẽ xác định trong giai đoạn này (từ đường cong đạo hàm áp suất), những thông số của vỉa chứa.
(3) - Khoảng thời gian muộn: là giai đoạn ứng với dòng chảy bán ổn định (điều kiện biên ngoài), trong vùng này sự thay đổi của áp suất chịu ảnh hưởng của biên hoặc của sự giao thoa với các giếng khác xung quanh do vậy trong khoảng thời gian này sẽ không thu được đường thẳng trên đồ thị.
4.2.2 Phân tích kết quả thử vỉa từ đồ thị Horner
Quá trình phân tích tài liệu thử vỉa DST của một giếng rất rộng bao gồm: phân tích các mẫu chất lưu, phân tích tài liệu thử vỉa trong quá trình đo dòng (Production Logging Test: PLT), phân tích các tính chất của chất lưu và vỉa chứa, tính toán trữ lượng dầu tại chỗ trong mỏ. Trong khuôn khổ của đồ án này chỉ tập trung vào phân tích tính toán các thông số của chất lưu và vỉa chứa từ đồ thị Horner. Vì vậy sẽ không đi vào phân tích mẫu, phân tích tài liệu PLT và tính toán trữ lượng dầu khí ban đầu mà tôi chỉ sử dụng các thông tin có được từ các phân tích này để tính toán.